التراكيب الإلكترونية وحالات التأكسد ومن يُعدّ عنصرًا انتقاليًّا
الأسبوع 2 · الباب الأول (٢): التركيب الإلكتروني لعناصر السلسلة الأولى واستثناءا الكروم والنحاس وحالات التأكسد وتفسير سهولة أكسدة أيون الحديد (II) وصعوبة أكسدة أيون المنجنيز (II) وتعريف العنصر الانتقالي · 3 دروس
العنصر الانتقالي · عنصر في ذرته أو في أحد أيوناته الشائعة على الأقل مستوى فرعي d ممتلئ جزئيًّاممتلئ جزئيًّا · بعض الأماكن العشرة في المستوى الفرعي مشغول لا كلها: من 1 إلى 9 إلكترونات dفلزات العملة · النحاس والفضة والذهب (المجموعة IB)، تُستعمل في العملات والحلي
الشرح
يستعمل الكيميائيون اختبارًا لا موضع العنصر في الجدول وحده: العنصر انتقالي إذا كانت ذرته، أو أحد أيوناته الشائعة على الأقل، فيها مستوى فرعي d ممتلئ جزئيًّا (من 1 إلى 9 إلكترونات d). طبّقه. الحديد: الذرة 3d⁶ فهو انتقالي. الاسكانديوم: الذرة 3d¹ فهو انتقالي وإن خلا Sc³⁺ من إلكترونات d؛ فحالة واحدة تكفي. النحاس: الذرة 3d¹⁰ ممتلئة، لكن Cu²⁺ هو 3d⁹ ممتلئ جزئيًّا، فالنحاس انتقالي. الذهب: Au³⁺ هو 5d⁸ فالذهب انتقالي. الخارصين: الذرة 3d¹⁰ وأيونه الشائع الوحيد Zn²⁺ هو 3d¹⁰ أيضًا، فالخارصين في الفئة d لكنه ليس عنصرًا انتقاليًّا؛ وكذلك الكادميوم والزئبق. أما الفضة فحالة حدّية: Ag⁺ هو 4d¹⁰، ولا يجعلها انتقالية إلا Ag²⁺ النادر (4d⁹)، ولذلك تعالجها المقررات بحذر (معلومة إضافية). فالفئة d والعناصر الانتقالية مجموعتان متقاربتان جدًّا لكنهما ليستا متطابقتين.
العنصر
إلكترونات d في الذرة
الأيون الشائع
هل هو انتقالي؟
Fe
3d⁶
Fe²⁺ 3d⁶
نعم
Cu
3d¹⁰
Cu²⁺ 3d⁹
نعم
Zn
3d¹⁰
Zn²⁺ 3d¹⁰
لا
Sc
3d¹
Sc³⁺ بلا d
نعم
أمثلة محلولة
الكادميوم (Z = 48) هو [Kr] 4d¹⁰ 5s² ولا يكوّن إلا Cd²⁺ وهو 4d¹⁰. في الذرة مستوى d ممتلئ وفي الأيون كذلك، فالكادميوم ليس عنصرًا انتقاليًّا مثل الخارصين فوقه في العمود نفسه.
الجسيم
إلكترونات d
ممتلئ جزئيًّا؟
ذرة Au
5d¹⁰
لا
Au³⁺
5d⁸
نعم
الذهب [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. مستوى 5d في الذرة ممتلئ، فانظر إلى الأيونات: Au³⁺ هو 5d⁸ ممتلئ جزئيًّا. فالذهب يجتاز الاختبار، ولهذا يُصنَّف مع النحاس عنصرًا انتقاليًّا.
التيتانيوم Z = 22. الذرة [Ar] 3d² 4s² ممتلئة جزئيًّا، فيُجتاز الاختبار فورًا. ولا يهم أن Ti⁴⁺ هو [Ar] بلا إلكترونات d: فالتعريف يطلب الذرة أو أيونًا واحدًا على الأقل.
نشاط الفصل
لعبة فرز بالبطاقات. اكتب على اثنتي عشرة بطاقة: Sc, Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ca, Ga, Cd, Au, Hg. وعلى ظهر كل بطاقة إلكترونات d في الذرة وفي الأيون الشائع (استعن بالدرس وبجدول دوري وبقواعد الأسبوع). اخلط البطاقات ووزّعها وافرزها كومتين: عناصر انتقالية وغير انتقالية. ثم كدّس العملات إلكترونات في خمسة صناديق لتمثّل Cu وCu²⁺ وتحقق أن أحدهما ممتلئ جزئيًّا.
تدرّب
1
الزئبق [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² ويكوّن Hg²⁺ (5d¹⁰). هل هو عنصر انتقالي؟
لا. فذرته وأيونه الشائع كلاهما فيه المستوى 5d ممتلئ، فليس أيٌّ منهما ممتلئًا جزئيًّا.
2
لماذا الكالسيوم ليس عنصرًا انتقاليًّا مع أنه يسبق الفئة d مباشرة؟
الكالسيوم [Ar] 4s²، لا إلكترونات d في ذرته وCa²⁺ هو [Ar]. تدخل إلكتروناته الأخيرة المستوى s، فهو من الفئة s.
3
يكوّن النيكل Ni²⁺. اكتب تركيب d للأيون وقرّر هل يدعم كون النيكل عنصرًا انتقاليًّا.